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本文作者：馮躍文1劉學飛1李中明2蔡書慧1作者單位：1中國地質大學地質過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室2河南省地質調查院

鋁土礦礦物學

1礦物組成

文章應用X衍射分析(XRD)對部分典型樣品(Mgg－5、Mgg－9、Mgg－14、Mgg－15)進行了測試研究。全巖X衍射分析在中石油勘探開發(fā)科學研究院實驗中心粉晶衍射室完成。儀器型號為日本理學D/Mac－RC，試驗條件:靶:CuKα1，電壓:40kV，電流:80mA，石墨單色器，掃描方式為連續(xù)掃描，掃描速度8°/分，狹縫DS=SS=1°，環(huán)境溫度18℃，濕度30%。XRD半定量分析結果見表1和圖3。礦物綜合分析結果顯示組成鋁土礦礦石的主要礦物包括硬水鋁石、伊利石和銳鈦礦，另外，還包括少部分高嶺石、鋯石等。

2礦物特征

電子探針研究了貫溝鋁土礦礦石中主要礦物賦存狀態(tài)以及組成特征(圖4)。電子探針分析中識別出礦物包括硬水鋁石、銳鈦礦、伊利石、針鐵礦、高嶺石和鋯石。硬水鋁石是組成鋁土礦礦石的主要礦物之一;在SEM照片中，硬水鋁石呈隱晶質結構組成了礦石的基質，少部分呈現(xiàn)細小的板狀、長柱狀形態(tài)。硬水鋁石電子探針分析結果見表2。分析結果顯示硬水鋁石中Al2O3含量為78．03%～83．94%;此外，F(xiàn)eO和TiO2含量雖然不到1%，但是普遍存在所有分析數(shù)據(jù)中，說明硬水鋁石形成過程中元素Fe和Ti廣泛存在;另外，除了樣品Mgg－3之外，其余的分析樣品中硬水鋁石中普遍包括組分SiO2，與其余礦區(qū)硬水鋁石分析結果一致。這可能和硬水鋁石形成環(huán)境有密切關系，Mgg－3取自豆鮞狀鋁土礦層中，礦石中以鮞粒結構為主，這些豆鮞粒形成于表生階段風化作用階段，初期形成的硬水鋁石環(huán)境中可能是一貧硅的環(huán)境。除此之外，元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO也在部分硬水鋁石晶體中廣泛存在。銳鈦礦存在兩種形態(tài):第一種是銳鈦礦晶體與硬水鋁石密切共生，分散在硬水鋁石組成的基質中，或者和硬水鋁石礦物互相包裹，這說明二者同期形成;第二種銳鈦礦以脈狀穿插在硬水鋁石組成的基質中，邊界與硬水鋁石呈互溶體形式;這類型的銳鈦礦形成稍晚于硬水鋁石。典型鋁土礦礦石中銳鈦礦電子探針分析結果見表3。分析結果顯示TiO2含量為95．84～99．45%。元素Al2O3、FeO和SiO2同樣普遍分布在銳鈦礦礦物中，然而樣品Mgg－3相對例外。與硬水鋁石分析結果類似，礦物元素組成的差異反映其形成環(huán)境的差異。此外，元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO同樣廣泛存在部分銳鈦礦礦物中。伊利石主要以鱗片狀集合體形態(tài)組成礦石的基質。鋯石主體分散在硬水鋁石組成的基質中(圖4a，b)。貫溝鋁土礦典型礦石中伊利石電子探針分析結果見表4。結果顯示Al2O3含量為30．39～38.23%，SiO2含量為44．30～49．02%;二者均呈現(xiàn)較大的變化范圍。除兩個主要元素外，Na2O、MgO、CaO、TiO2和FeO元素普遍存在伊利石礦物中;Na2O、MgO和CaO三者的出現(xiàn)可以解釋為類質同象代換伊利石礦物中的元素K2O，而兩者TiO2和FeO則主要和礦物形成環(huán)境有密切的關系。此外，元素P2O5和MnO也在部分礦物晶體中發(fā)現(xiàn)。貫溝鋁土礦礦石中針鐵礦電子探針分析結果見表5。針鐵礦中Fe2O3含量為73．38%～83.68%，具有較大的變化范圍。此外，Al2O3和SiO2大量存在，最高分別達5．09%和6．67%;說明在針鐵礦形成過程中，周圍環(huán)境中大量的Al離子代換了Fe離子存在于針鐵礦中;另外TiO2也普遍分布在礦物中，含量相對Al2O3和SiO2略低。其余元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO也廣泛存在針鐵礦晶體中。差熱曲線上顯示熱效應最明顯的礦物是硬水鋁石，其次為高嶺石(圖5)。礦物吸(放)熱溫度歸屬表見表6。在500～540℃范圍，硬水鋁石中結構水全部失去，轉變?yōu)棣粒瑼l2O3，呈現(xiàn)在差熱曲線上是在這個溫度范圍之間有一明顯的吸熱谷;硬水鋁石的吸熱峰值范圍為503～531℃，變化范圍不大，相對標準硬水鋁石吸熱溫度范圍(490～580℃)和世界各地鋁土礦吸熱溫度(南非鋁土礦:532℃，希臘鋁土礦545℃)同樣偏低;這說明貫溝鋁土礦中硬水鋁石具有較低的結晶度和細小的晶體顆粒。另外一個明顯的峰值是高嶺石的放熱峰，高嶺石通常在550℃左右有一吸熱峰，釋放結構水，但是該峰值在研究礦石樣品中不明顯;在980℃左右放熱發(fā)生一相轉變，礦石中高嶺石放熱峰值范圍為980～1049℃，略顯偏高;其中，樣品Mgg－9和Mgg－14中放熱峰非常寬緩，體現(xiàn)高嶺石晶體結晶程度較差。

礦物成因

最重要的一個特征為鋁土礦底板奧陶系碳酸鹽巖并沒有變質跡象。同時，硬水鋁石主體呈隱晶質與銳鈦礦密切共生。上述特征指示貫溝鋁土礦礦石中硬水鋁石主要為簡單的成巖結晶成因。鈦的氧化物在風化作用形成的，各種地質體中普遍存在。在貫溝鋁土礦中主要存在的鈦的氧化物為銳鈦礦。銳鈦礦的生成條件及范圍較狹窄，只有在TiO2供應充分、低溫低壓及弱堿性的環(huán)境下才能形成;貫溝鋁土礦礦石中的銳鈦礦和硬水鋁石共生，互相包含和穿插，反應大量的銳鈦礦是成礦期/成巖期結晶形成。目前，對風化作用中形成的伊利石的成因觀點是:伊利石主要由云母轉化而形成該過程中礦物結構并沒有明顯改變。